Physikalische Experimente auf dem Luftkissentisch - 3B Scientific

Physikalische Experimente auf dem Luftkissentisch
1.2 PRINZIPIELLE EINSATZMÖGLICHKEITEN DES LUFTKISSENTISCHES
Das Gerätesystem ermöglicht
– eine nahezu reibungsfreie Bewegung der
Schwebekörper
– durch das Luftkissen;
– eine Modellierung der Wechselwirkungen
zwischen den Mikroobjekten und zwischen
Mikroobjekten und Feld
– durch magnetische Kräfte,
– durch elektrische Kräfte
– durch Neigen der Experimentierfläche;
– gute Sichtbarkeit aller Experimente
– durch die Projektion mit dem Tageslichtprojektor;
– geringen Aufwand bei der Vorbereitung
– durch die übersichtliche und einfache
Konstruktion des Gerätes,
– durch geringen Justieraufwand.
Der Experimentator kann die beeinflussenden
Größen kontinuierlich einstellen und in den experimentellen
Ablauf direkt eingreifen.
All das sichert vielfältige Einsatzmöglichkeiten,
bevorzugt zur Demonstration des Verhaltens von
einzelnen Mikroobjekten oder Systemen von
Mikroobjekten. So lassen sich bewegte, anschauliche,
jedoch stark vereinfachte Modelle schaffen
von komplizierten, der direkten Beobachtung
unzugänglichen physikalischen Objekten und
Phänomenen.
Die in den Modellexperimenten wirksamen Kräfte
weichen z. T. erheblich von denen ab, die zwischen
den Realobjekten auftreten. In vielen Fällen
sind jedoch die Kraft-Abstand-Beziehungen
sehr ähnlich, so daß ihnen nur bei quantitativen
Experimenten die notwendige Aufmerksamkeit
geschenkt werden muß.
Trotz dieser Einschränkung ist der Luftkissentisch
in der Hand eines fachlich und methodisch
qualifizierten und geschickten Experimentators
ein vielseitiges, wirksames und attraktives Unterrichtsmittel.
Beim vollen Verständnis für die
Funktion der Anlage und bei Beachtung der im
folgenden dargelegten Hinweise zum Gerät und
seiner Handhabung kann der Lehrer Experimente
mit physikalisch überzeugenden und effektvollen
Ergebnissen vorführen.
1.3 Aufbau des Luftkissentisches
Der Luftkissentisch besteht aus einem Rahmen
und einer Druckkammer. Die Deckplatte der
Druckkammer ist mit 1089 Bohrungen versehen
(Ø 0,8 mm). Sie bildet die Experimentierfläche.
Der seitliche Teil der Druckkammer, in dem sich
das Impulsventil befindet, wird über den Schlauch
mit dem Gebläse verbunden. Die Horizontal- oder
Schrägeinstellung der Experimentierfläche läßt
sich durch zwei Justierschrauben erreichen und
an den senkrecht zueinander angeordneten Libellen
kontrollieren.
Zum Luftkissentisch gehören fünf verschiedene
Arten von Schwebekörpern. Sie bestehen aus farbigen,
transparenten Plastscheiben bzw. Aluminiumscheiben,
auf denen zylinderförmige keramische
Magnete befestigt sind. Diese Schwebekörper
simulieren, getragen vom Luftkissen, die
sich bewegenden Objekte.
Die Experimentierfläche ist von einem flachen
Plastrahmen umgeben. Sie kann außerdem durch
magnetische Barrieren, die nahezu vollelastische
Stöße der Schwebekörper ermöglichen, begrenzt
werden. Dadurch lassen sich Wechselwirkungen
mit den Gefäßwänden darstellen.
Zur Erzeugung eines elektrischen Feldes können
2 stabförmige Elektroden auf die Arbeitsfläche
aufgelegt werden. Die Wirkung eines elektrischen
Feldes kann modellmäßig auch durch eine einstellbare
Neigung des Luftkissentisches erzielt
werden.
Mit dem Impulsventil läßt sich ein Luftstrom parallel
zur Experimentierfläche erzeugen, der die
Bewegung der Schwebekörper beeinflußt. Auf
diese Weise kann die Geschwindigkeit der
Schwebekörper vergrößert werden.
Das Gebläse sorgt für ein ausreichendes Luftkissen
über der Arbeitsfläche. Seine Leistung ist stufenlos
einstellbar und kann den experimentellen
Bedingungen angepaßt werden. Das Gebläse ist
mit einem Druck- und einem Sauganschluß ausgestattet.
Beim Experimentieren mit dem Luftkissentisch
wird der Druckanschluß verwendet,
der Sauganschluß kann für andere physikalische
Experimente eingesetzt werden (z.B. mit dem
Diapaneelgerät).
Das Gittermodell besteht aus 25 keramischen
Magneten, die an dünnen Stahldrähten hängen.
Dieses System schwingt mit kleiner Dämpfung.
Es wird verwendet, um die Wechselwirkung z.B.
eines Metallgitters mit den sich bewegenden Ladungsträgern
zu modellieren. Man setzt es in gleicher
Weise wie die zur Ausstattung gehörende
Piacrylplatte in die Haltevorrichtung ein. Die für
das jeweilige Experiment günstige Höhe, in der
11